Коли 2020 року магнетар у галактиці Чумацький Шлях викинув спалах колосально потужних радіохвиль, вчені нарешті отримали конкретні докази, що дозволяють точно визначити джерело швидких радіосплесків.
Нове приголомшливе дослідження, опубліковане в журналі Nature, тепер звузило коло можливих механізмів. Вивчаючи мерехтливе світло швидкого радіосплеску, виявленого у 2022 році, група астрономів простежила його джерело до потужного магнітного поля навколо магнетара в галактиці на відстані 200 мільйонів світлових років.
Це перший переконливий доказ того, що швидкі радіосплески можуть виникати з магнітосфер магнетарів.
"У цих середовищах нейтронних зір магнітні поля дійсно знаходяться на межі того, що може зробити Всесвіт", - говорить астрофізик Кензі Німмо з Массачусетського технологічного інституту (MIT).
«Було багато суперечок про те, чи це яскраве радіовипромінювання може взагалі вирватися з цієї екстремальної плазми».
Швидкі радіосплески (FRB) спантеличили вчених з того часу, як вони були вперше виявлені у 2007 році. Як випливає з назви, це надзвичайно короткі сплески радіовипромінювання, що тривають мілісекунди. Вони також надзвичайно потужні, іноді вивільняючи більше енергії, ніж 500 мільйонів сонць за цю коротку мить часу.
FRB важко вивчати, тому що більшу частину часу вони спалахують лише один раз. Це робить їх неможливими для прогнозування та складним – але не неможливим – для відстеження джерела. Ряд одноразових FRB були простежені до галактик на відстані мільйонів або мільярдів світлових років простору-часу.
Астрономи також можуть досліджувати властивості радіовипромінювання, такі як його поляризація, щоб з'ясувати, через яке середовище воно пройшло на шляху до Землі. Які типи зорь можуть випускати FRB, залишається загадкою, але дедалі більше доказів вказують на магнетари.
Магнетари - це особливо незвичайні нейтронні зорі, які самі по собі є надзвичайно щільними залишками ядра, що залишилися після того, як масивна зірка стає надновою. Але у магнетарів набагато потужніші зовнішні магнітні поля, ніж у звичайних нейтронних зір — приблизно у 1000 разів сильніші. Це найпотужніші магнітні поля у Всесвіті.
«Навколо цих сильномагнітних нейтронних зір, також відомих як магнетари, атоми не можуть існувати — їх просто розірве магнітними полями», — каже фізик Кієсі Масуї з Массачусетського технологічного інституту.
"Найцікавіше тут те, що ми виявляємо, що енергія, що зберігається в цих магнітних полях, поблизу джерела, скручується і перебудовується таким чином, що її можна звільнити у вигляді радіохвиль, які ми можемо бачити на півдорозі через весь Всесвіт".
Щоб простежити походження FRB, Німмо та її колеги вивчили властивість, відому як мерехтіння, у події, відомій як FRB 20221022A, вперше виявленій у 2022 році та згодом простеженій до галактики у 200 мільйонах світлових років від нас. Мерехтіння - це те, що змушує зірки мерехтіти - спотворення шляху світла при проходженні через газ у космосі. Чим більша пройдена відстань, тим сильніше мерехтіння.
FRB 20221022A – досить стандартний FRB. Він був помірно довгим, близько 2 мілісекунд, і помірно потужним. Це робить його чудовим прикладом для вивчення властивостей інших FRB.
У супутній статті, що вивчає поляризацію світла від FRB 20221022A - ступінь, в якій викривлена орієнтація його хвиль, - було виявлено S-подібне кутове коливання, що відповідає об'єкту, що обертається, вперше для FRB. Це передбачає, що сигнал виходив з дуже близького розташування до об'єкта, що обертається.
Німмо та її колеги з'ясували, що якщо вони зможуть визначити ступінь мерехтіння у FRB 20221022A, вони зможуть обчислити розмір області, з якої він виник. Світло від FRB показало сильну сцинтиляцію, що призвело дослідників до газової області, яка спотворювала сигнал. Використовуючи цю газову область як лінзу, вони звузили джерело FRB до 10 000 кілометрів (6213 миль) від джерела магнетара.
"Збільшення до області 10 000 кілометрів з відстані 200 мільйонів світлових років схоже на можливість виміряти ширину спіралі ДНК, яка становить близько 2 нанометрів, на поверхні Місяця", - говорить Масуї. "Тут залучений дивовижний діапазон масштабів".
Це перший переконливий доказ того, що позагалактичні FRB можуть виникати всередині магнітосфери сильно намагнічених нейтронних зір. Але це не все. Методи, що використовуються командою, показують, що мерехтіння може бути потужним зондом для інших FRB, тому астрономи можуть спробувати зрозуміти, наскільки вони можуть бути різноманітними, і чи можуть інші типи зірок вивергати потужні виверження.
«Ці сплески відбуваються завжди», – каже Масуї. "Може бути багато відмінностей у тому, як і де вони відбуваються, і цей метод мерехтіння буде дійсно корисний для допомоги в розплутуванні різних фізичних процесів, які керують цими сплесками".
